고무 반죽기가 오일과 가소제를 화합물에 통합하는 방법

폴리머 가공의 세계에서 균일한 고품질 고무 화합물을 얻는 것은 과학이자 예술입니다. 이 공정의 핵심은 화합물의 작업성, 유연성, 내구성 및 비용을 극적으로 변화시키는 첨가제(특히 오일 및 가소제)의 전략적 통합입니다. 이 중요한 믹싱 단계의 중심에는 견고하고 전문화된 기계가 자리잡고 있는 경우가 많습니다. 고무 반죽기 , 내부 믹서 또는 Banbury® 믹서라고도 합니다.

주요 구성 요소 이해: 오일 및 가소제

기계를 살펴보기 전에 무엇이 통합되는지 이해하는 것이 중요합니다.

• 프로세스 오일(석유 기반, 식물성): 주로 베이스 폴리머를 연화시키고, 점도를 낮추어 가공을 쉽게 하며, 부피를 늘리고(비용 절감), 카본 블랙이나 실리카와 같은 충전재의 분산을 돕는 데 사용됩니다.
• 가소제(프탈레이트, 아디페이트 등): 기능은 오일과 유사하지만 저온 유연성을 개선하거나 특정 탄성 특성을 향상시키거나 유리 전이 온도(Tg)를 낮추기 위해 특별히 선택되는 경우가 많습니다.

둘 다 일반적으로 거시적인 별도의 상에서 고체 고무 중합체 및 분말 충전제와 함께 미시적으로 분산된 긴밀한 혼합으로 변환되어야 하는 저점도 액체입니다.

고무 반죽기의 구조

고무 반죽기는 폐쇄형 고전단 혼합 챔버입니다. 액체 통합과 관련된 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.

1. 섞는 약실: 가열하거나 냉각할 수 있는 견고한 재킷형 하우징입니다.
2. 로터 블레이드: 복잡한 날개 모양 디자인을 갖춘 두 개의 역회전, 서로 맞물리지 않는 로터. 이는 필요한 전단 및 신장 흐름을 생성하는 기계의 핵심입니다.
3. Ram 또는 부동 중량: 위에서 챔버를 밀봉하고 배치에 압력(일반적으로 3-7bar)을 가하는 유압 작동식 피스톤입니다.
4. 드롭 도어: 혼합된 화합물을 배출하기 위해 챔버 바닥에 위치합니다.

단계별 통합 프로세스

오일과 가소제의 혼합은 단순한 붓는 단계가 아닙니다. 이는 기계적 및 열적 사건이 세심하게 조율된 순서입니다.

1단계: 저작 및 폴리머 결합

이 사이클은 기본 고무(천연 또는 합성)를 추가하는 것으로 시작됩니다. 서로 다른 속도로 회전하는 로터는 고무 베일을 잡고 찢고 변형시킵니다. 이 저작 고분자 사슬을 일시적으로 분해하여 내부마찰(점성발열)을 통해 고무의 온도를 높이고 분자량을 감소시킵니다. 이러한 온난화는 고무의 점도를 낮추어 첨가제를 수용하기 쉽게 만들기 때문에 매우 중요합니다.

2단계: 전략적 액체 추가

타이밍이 전부입니다. 처음에 많은 양의 오일을 첨가하는 것은 해로울 수 있습니다. 표준 모범 사례는 다음과 같습니다.

• 분할 추가: 전체 액체의 일부(종종 1/3~1/2)가 추가됩니다. 고무를 저작한 후 주요 충전재(카본 블랙/실리카) 전 . 이 "기유"는 고무를 더욱 부드럽게 만들어 끈적끈적한 접착 덩어리를 만들어 앞으로 나올 분말형 충전제를 더욱 효율적으로 적시고 통합합니다.
• "미끄러짐"의 위험: 충전재가 충전되기 전에 오일을 너무 일찍 또는 과도하게 첨가하면 "미끄러짐"이 발생할 수 있습니다. 이는 오일의 윤활 효과로 인해 적절한 전단 응력이 고무에 전달되는 것을 방지하는 상태입니다. 화합물은 절단되는 대신 로터 위에서 미끄러져 분산이 불량하고 혼합 시간이 길어집니다.

3단계: 필러 통합 및 전단의 중요한 역할

이제 분말 충전제가 추가됩니다. 로터의 설계는 챔버 내에 복잡한 흐름 패턴을 만듭니다.

• 전단 작용: 고무 화합물은 로터 팁과 챔버 벽 사이의 좁은 간격 위로 강제로 들어가 강렬한 압력을 받습니다. 전단응력 . 이렇게 하면 화합물이 층별로 번집니다.
• 접기 및 나누기(반죽): 로터 날개는 또한 챔버의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 화합물을 밀어서 지속적으로 자체적으로 접습니다. 즉 문자 그대로 "반죽" 작업입니다.

이러한 고전단 환경에서 이전에 첨가된 오일은 이제 화합물에 의해 따뜻해지며 다음과 같은 역할을 합니다. 운송 매체 . 이는 고무가 개별 필러 덩어리를 캡슐화하는 데 도움이 됩니다. 그런 다음 전단력이 이러한 응집체를 분해하여 필러 입자를 분산시키고 오일-고무 매트릭스의 얇은 층으로 코팅합니다.

4단계: 최종 오일 첨가 및 분산

남은 오일이나 가소제를 첨가하는 경우가 많습니다. 필러가 대부분 통합된 후 . 이 단계에서 화합물 온도는 높고(종종 120~160°C) 혼합물은 응집성 덩어리가 됩니다. 이제 액체를 추가하는 것이 더욱 제어됩니다.

• 램 압력은 액체가 단순히 챔버 벽에 분사되는 것이 아니라 배치 안으로 들어가도록 보장합니다.
• 계속되는 반죽작업 기계적으로 펌프 액체가 화합물 내의 미세한 기공과 틈으로 들어갑니다. 액체는 두 가지 주요 메커니즘을 통해 화합물로 이동합니다.
  1. 모세관 작용: 폴리머 사슬과 필러 클러스터 사이의 작은 공간에 그려집니다.
  2. 전단 유발 확산: 로터에 의한 거시적 혼합은 항상 새로운 표면을 생성하여 건조한 화합물을 액체에 노출시켜 미세한 수준에서 혼합되도록 합니다.

5단계: 최종 균질화 및 온도 제어

혼합 사이클의 마지막 시간은 균질화를 위한 시간입니다. 램 압력은 챔버의 완전한 결합을 보장하는 반면, 일정한 접힘 및 전단은 오일의 국지적 농도 구배를 제거합니다. 전체 과정을 통해, 재킷 챔버 혼합 발열을 관리하기 위해 냉각수를 순환시킵니다. 정확한 온도 제어가 중요합니다. 너무 뜨거우면 고무가 탈 수 있습니다(조기 경화). 너무 차가우면 좋은 분산을 위해 필요한 점도 감소가 달성되지 않습니다.

니더가 이 작업에 탁월한 이유

내부 믹서의 디자인은 이 까다로운 작업에 매우 적합합니다.

• 높은 강도: 단시간에 막대한 전단 및 변형 에너지를 전달하여 응집체를 효율적으로 분해합니다.
• 밀폐된 환경: 램 압력으로 밀봉된 챔버는 휘발성 성분의 손실을 방지하고 오염을 제어하며 높은 온도에서 안전하게 혼합할 수 있습니다.
• 효율성: 동일한 품질의 개방형 분쇄기보다 훨씬 적은 에너지와 시간으로 대규모 배치(리터에서 수백 킬로그램까지)를 처리할 수 있습니다.

최적의 통합을 위한 실제 고려 사항

작업자와 합성자는 여러 요소의 균형을 맞춰야 합니다.

• 추가 순서: 설명한 대로 분할 첨가는 분산 품질과 혼합 시간 간의 최적의 균형을 위한 표준입니다.
• 로터 속도 및 램 압력: 속도가 높을수록 전단력과 온도가 더 빠르게 증가합니다. 최적의 압력은 모터에 과부하가 걸리지 않고 양호한 접촉을 보장합니다.
• 오일 점도 및 화학: 가벼운 오일은 더 빨리 흡수되지만 휘발성이 더 높을 수 있습니다. 가소제와 베이스 폴리머의 상용성(용해도 매개변수)은 기본입니다.
• 배치 크기(채우기 비율): 챔버는 올바르게 로드되어야 합니다(일반적으로 65-75% 가득 차 있음). 언더필로 인해 전단력이 부족해집니다. 너무 많이 채우면 적절한 접힘이 방지되고 혼합이 고르지 않게 됩니다.

결론

오일과 가소제를 혼합하여 고무 반죽기 machine 단순한 교반을 훨씬 넘어서는 역동적이고 열역학적 과정입니다. 정밀하게 설계된 시퀀스입니다. 저작, timed addition, shear-driven dispersion, and thermal management. 기계의 강력한 로터와 밀봉된 챔버는 저점도 액체를 고점도 비뉴턴 고무 매트릭스에 혼합하는 엄청난 과제를 극복하기 위해 함께 작동합니다. 전단 물리학, 첨가 순서의 중요성 및 온도의 중요한 역할을 이해함으로써 배합기는 반죽기의 기능을 활용하여 오일과 가소제의 모든 방울이 효과적이고 균일하게 활용되어 최종 제품의 엄격한 요구 사항을 충족하는 일관된 고성능 고무 화합물을 생산할 수 있습니다. 이러한 깊은 이해는 고무 제조의 광대한 세계에서 효율성, 품질 및 혁신을 보장합니다.